三维CAPP系统

三维装配CAPP产品和技术研究本文介绍了随着产品设计手段二维CAD向三维CAD转变，工艺设计由二维CAPP向三维CAPP转换也成为CAPP进展不可逆转的历史趋势。

本文结合企业装配应用实际，对三维装配CAPP技术与产品进行深入探讨。

1.前言制造业信息化技术进展近二十年来，在工业实践需求的带动下发生了翻天覆地的变化。

CAD是我国制造行业应用最普遍的计算机辅助设计技术，它改造了传统手工设计的落后现状，为后续的企业信息化建设打下了坚实基础。

然而，传统的二维CAD只能起到电子图版的作用，不能直观地表达产品的造型与结构。

近年来，随着制造业信息化步伐的加快，为了进一步提高设计能力与产品创新能力，一些企业开始逐步引入三维CAD系统，以缩短设计与分析时间、缩短制造周期，并已取得了巨大经济效益。

实践证明，从二维CAD向三维CAD转换，已成为企业深化CAD应用的方向，也是CAD进展不可逆转的历史趋势。

与此同时，作为企业信息化集成系统中重要一环的CAPP，还大多还停留在解决工艺设计中的事务性、管理工作的阶段，在应用方面仍然薄弱，特别在与三维CAD的集成上，基于三维CAD的装配关系检查与仿真、装配工艺爆炸图的编辑、产品工艺性评价与审核等功能都无从实现。

假如说零件的加工能够CAD/CAM一体化来解决工艺问题，但装配却无法实现，特别是复杂产品的装配工艺设计，因此基于三维CAD的装配CAPP技术成为近阶段需求热点。

三维装配CAPP技术最早出现于上世纪九十年代后期，代表了一种全新的制造体系与模式，因能够与三维CAD技术相结合，解决设计与装配对象在与研制过程中难以实现的动态性能而引起了人们的普遍重视，并得到迅速进展。

目前，国内航空航天、船舶、汽车、兵器等行业也已逐步展开有关技术的应用。

2.装配CAPP的研究现状及进展趋势CAPP(Computer Aided Process Planning，计算机辅助工艺设计)自20世纪60年代提出以来，在广度与深度上都取得了长足的进展，但其研究几乎都集中在零件的加工上，关于装配型CAPP的研究，目前尚处于起步阶段。

（8）工艺文件的输出 工艺过程卡、工序卡、调整卡、检验卡等，汇总材 料定额、时间定额、设备和工装信息输入到ERP。
4
1.3 CAPP的体系结构
几 何 信 息 工 艺 信 息 毛 毛 定 加 加 检 切 工 时 坯 坯 位 工 工 验 削 序 间 类 图 夹 方 顺 用 尺 定 型 紧 法 序 量 寸 额 余 量 毛坯 选择 工艺过程拟 定 工艺参 数计算 结 构 工 艺 性 分 析 加 工 可 行 性 分 析 技 术 经 济 分 析 工 艺 卡 片 工 序 卡 片 检 机 刀 夹 量 验 床 具 具 具 卡 片 设 计 层 工艺文 件生成 设 工艺装 备 备
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1.4 CAPP的类型
基于知识的快速工艺设计：利用企业工艺资源信息，根据 产品的零组件结构、工艺特点，快速检索应用工艺资源， 生成零组件装配、机加、钣金、冶金等工艺信息（材料定 额、工艺路线、工艺指令、工时定额、工装订货、所需制 造资源、参装零组件、检验要求等），并能实现参数化设 计、基于知识的决策等模式； 工艺管理、信息集成：工艺业务流程管理，满足工艺的审 批会签，发布和存档等应用的需要；提供基于结构化工艺 信息管理，为产品制造过程中的技术管理、生产准备、生 产制造等方面提供所需工艺信息，实现唯一数据源和信息 共享的目标。
分类法
特征矩阵描述法 型面编码描述法
零件信息 描述方法 型面法 型面语言描述法 型面数学描述法
形体法
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1.5 CAPP的基础技术
3、工艺设计决策机制
工艺设计决策过程是一项复杂的多层次、多任务的决策 过程，涉及面广，影响工艺决策的因素多，难度比较大。
系统性数学模型 数学模型决策
随机性数学模型 模糊数学模型 决策树 工艺决策方式 逻辑推理决策 决策表

计算机辅助工艺设计 (CAPP)
主讲：肖新华
9.1CAPPWorks概述
9.1.1系统优势
1）直接和上游CAD软件关联，工艺师是面向产品三维模型进行零件工艺设计还 是装配工艺设计； 2） 运用产品三维设计模型建立工序模型，并自动生成每道工序的工艺附图； 3） 加工尺寸及公差是直接面向产品三维设计模型进行选择，同时还可以根据工 艺的要求进行必要的修改，这些加工尺寸及公差会驱动工艺模型，并自动带入 道工序卡片上。 4）对于数控加工则可以直接从工艺模型上获取需要加工编程的毛坯及成品。
5）工艺数据存盘；生成工艺卡片 将工艺编写中所产生的工艺数据存入数据库中；并将生成的 工艺卡片和工艺文件捡入到工艺结构树的相应节点中。
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6）打印输出各种工艺文件
9.3CAPPWorks工艺设计案示例
1）涡轮减速箱轴机加工工艺设计 2）涡轮减速箱装配工艺设计
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Thank You 谢谢
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9.3CAPPWorks工艺设计流程
1）产品文件入库：根据产品结构树指定目录，从本地文件目录中将 选定的零部件三维模型捡入电子仓库中。 2） 建立工艺结构树 建立产品级的工艺路线分工；按照零部件结构特征制定产品工艺流 程。确定设计、审核、批准、会签的签署流程。
3）确定工艺流程设计目标 根据待加工的零部组件要求，设计他们的工艺流程进入工艺卡片编 辑器。 4）启动卡片编辑器 根据工艺流程确定的工艺类型，通过点击工艺卡片节点，启动已 定制好的相应模板或者重新设计新模板根据工艺模板格式，编写 各种工艺卡片（包括工艺过程卡、工序卡、工艺附图、封面等） 根据需要生成工艺卡片并插入工序简图。
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9.2CAPPWorks系统的组成
4）企业资源库管理：工艺资源和知识库管理、典型工艺管理模块存储 和管理了大量的工艺，为用户提供方便快捷的检索、查询和修改工艺的 手段。用户可以针对企业的实际情况，用层次化方式建立自己的机床设 备库、刀具库、夹具库、量具库、切削参数库、材料库、典型工艺（工 序、工步、实例）等。

品的实 体模 型 中 自动提 取 出具有 特定 工 程 意 义 的几 何 形 状 ， 进 而生 成 产 品 的特 征 模 型 ［ ２ ］ 。１ ９ ８ ０年 ， 英 国剑 桥大学的 Ｃ Ａ Ｄ中心 的 Ｋ ｙ ｐ ｉ ｆ ａ ｎ ｏ ｕ 在他 的博士论文中首次正式引入 了特征识别思想 ， 开启了特征识别研究
的序幕。此后 ， 特征的概念以及 特征识别技术受到 了学术界及工业界的普遍重视。如 Ｋ ｅ ｙ ｖ ａ ｎ Ｒ ａ ｈ ｍ ａ ｎ ｉ 等通 过分析零件边界 、 底部和侧面标记特征 的方法 ， 来识别制造特征 ］ ， 黎荣、 吴卓等人研究描述 了基于实体模 型分层的方法来实现对特征信息的遍历提取 Ｊ 。 近年来 ， 制造资源利用和其模型研究同样在国内国外取得 了一些成绩 ， 如面向对象建立一个将生产信息 作 为 动态 信息 融人其 中 的制造 资 源模 型 ； 基 于特 征 进 行 设 备 环境 建 模 ； 设 备 环 境 模 型 下 的 多 工 艺 方 案 的决策 研究 等 。
工艺设计与规划。系统的输出上 ， 应该是既可 以 出传统 的卡片式的工艺文档 ， 也可通过和第三方 集成系统 ， 直接输出数 控代码 。在体系结构上 ， 统应该能够保持足够 的开放性和灵活性 ， 这种开
系统 旨在加强工艺设计 的智 能化 ， 提高产 品制造效率 ， 并 且在为企业的产 品完成工 艺设计 的同时 ， 能够 自动 积累工艺 经验 ， 已
经 在制造企业 中有 了一定 范围的应用 ， 其 优点众多 。本文仅对三维 Ｃ Ａ Ｐ Ｐ系统 的关 键技术和工作流程进行浅析 。
关键 词 ： 三维 Ｃ Ａ Ｐ Ｐ ； ７ ＂ － 艺规划； 制造特征； 模型； 制造资源
１ Ｃ Ａ Ｐ Ｐ系统研究现状及成 果

基于三维软件的钣金CAPP系统【摘要】钣金件广泛应用于各领域中，三维软件在钣金工艺中的应用缩短了生产时间、提高了生产质量。

对现有三维软件在钣金方面的应用进行了分析和研究，提出基于三维软件的钣金CAPP系统。

【关键词】钣金；二次开发；工艺设计1.引言现有的三维软件，例如Pro/E、UG、Solidworks、CATIA都具有钣金模块，但只能实现一些简单钣金件的展开，现阶段相关的研究也只完成了钣金的部分工艺，例如华中科技大学郝明等人利用自主研制的FASTAMP求解器，以Pro/E为平台实现了复杂钣金件的展开；南京航空航天大学洪晴等人以CATIA为平台通过Automation及CAA二次开发技术，实现了飞机复杂钣金件的展开；华中科技大学秦宇等人在Solidworks平台上，开发了一套面向冲压工艺的坯料展开模拟系统SW-BEX。

因此开发出一套基于三维软件的钣金CAPP系统用来满足企业的需求是有必要的。

2.钣金CAPP系统框架设计将现有三维软件（Pro/E、CATIA、Solid-works）和二维CAPP系统相结合，系统允许用户基于三维软件的三维钣金模型输入和编辑工艺信息，并将完成的钣金工艺设计以表格的形式输出到CAPPFramework。

工艺表格与三维模型的设计参数相关联，并能自动地动态刷新。

应用三维软件自带的API函数对三维软件二次开发，实现复杂钣金件的展开和展开件的排样，并且在三维软件中建立钣金件特征信息交互窗口，完成三维软件和二维CAPP数据库的集成，便于信息的调用和存储。

3.钣金CAPP系统总体设计如图1所示，将系统分为前置处理子系统、后置处理子系统、文件管理子系统三个部分。

前置处理完成了钣金件的三维建模、展开、优化排样和钣金件的工艺设计；后置处理完成了工艺文件的输出、数控代码的生成，通过数据集成接口完成三维软件调用或导入PDM部分和二维CAPP部分的信息；文件管理完成了企业制造资源和钣金工艺资源的管理，以便设计和生产部门调用。

Ｓ ｕ ｎ Ｊ ｉ ａ ｋ ｕ ｎ ， Ｙ ａ ｎ ｇ Ｃ ｈ ａ ｏ ｙ ｉ ｎ ｇ ， Ｑ ｉ ｕ Ｈｕ ｉ ｈ ｕ ｉ ， ｅ ｔ ａ １ ．
（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｚ ｈ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ５ ０ １ ０ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｈ ｏ ｔ ｅ ａ ｍ
ｍａ ｎ ｙ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐｒ ｒ ｉ ｓ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ，ａ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｉ ｒ ｅ ｓ ．ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ｌｙ ａ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｎ ｅ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｐ ｌ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＭＢ Ｄ， ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ｅＡ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ ，ｍａ ｋ ｅ ｓ ａ ｐ ｉ ｌ ｏ ｔ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｓ ｈｅ ｔ
Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｊ ｉ ｎ ｎ ａ ２ ５ ０ １ ０ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）

策过程，自动创成加工工艺规程，完成机床刀具选择和工艺过程优化。
机床数据 文件库夹具数Fra bibliotek 文件库刀、工具 文件库
切削 数据库
零件信息 输入
零件加工 顺序生成
机床选择
夹具选择
刀、工具 选择
切削数据 选择
工艺生成 输出
决策逻辑程序（知识库，推理机）
创成式CAPP开发过程
1）确定系统对象范围，是针对回转体零件还是非回转体零件；
专家系统组成
知识库 数据库 推理机 解释模块 专家系统核心，包含常识性知识和启发性知识。
启发性知识是专家系统逻辑推理的主要知识源。
用于存储用户输入的原始数据（事实）和推理过程的动态数据。 是一种具有推理能力的计算机软件程序，用来控制和协调整个系
统运行的软件模块。
对专家系统推理结果作出必要解释，使用户了解专家系统推理过 程，接受所推理的结果。
3）语言描述法 用计算机能够识别的语言对零件形状和工艺 特征进行描述，需要用户学习掌握所选用语言的词法和语法， 描述过程比较繁琐。 4）知识表示描述法 用人工智能中的知识表示方法来描述零 件信息，包括人工智能框架表示法、产生式规则法和谓词逻辑 表示法等。 5）直接将CAD作业结果作为CAPP的输入 将CAPP系统与CAD系 统直接相连，使CAPP操作所需的各种工艺信息直接来源于CAD 系统，避免繁杂和枯燥的手工信息输入。
在众多零件信息描述中，适合轴类零件的方法较多，箱体 类等复杂零件信息描述仍是一个薄弱环节。
四、CAPP系统的基本原理和方法
CAPP系统是根据企业的类别、产品类型、生产组织 状况、工艺基础及资源条件等各种因素而开发应用的， 不同的系统有不同的工作原理，目前常用的CAPP系 统可分为派生式、创成式和综合式三大类。

面向MBD环境的三维CAPP技术研究辛宇鹏;田锡天;黄利江;马光辉【摘要】传统的二维工艺设计应用模式无法直接利用上游设计发放的三维模型，在工艺设计阶段需要经历二维/三维的转换过程，这无疑加大了工艺人员工作量，并且无法为后期的数控加工以及工艺检验提供三维数模的支持。

本文提出的MBD 环境下的三维CAPP技术，可以直接利用零件MBD模型进行工艺规划，在工艺规划过程中建立的MBD工序模型，可以在CAM、CMM阶段直接利用，实现CAD/CAPP/CMM/CAM的集成，为更进一步的CIMS集成技术研究奠定了基础。

【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P60-63)【作者】辛宇鹏;田锡天;黄利江;马光辉【作者单位】西北工业大学CAPP与制造工程软件研究所;西北工业大学CAPP与制造工程软件研究所;西北工业大学CAPP与制造工程软件研究所;中航工业西安航空发动机集团有限公司【正文语种】中文随着三维数字化设计、制造技术的发展，基于模型定义（Model Based Definition, MBD）技术逐渐在各行各业得到推广，尤以汽车、航空行业应用最为广泛[1]。

MBD技术是将制造信息和设计信息（三维尺寸标注及各种制造信息和产品结构信息）共同定义到产品的三维数字化模型中，用三维MBD模型取代二维工程图，指导产品的设计制造全过程。

MBD模式下零件设计、制造和检验过程明显加快，然而它的实现在整个产品生命周期中尚未被完全采纳[1]，阻碍其发展的关键原因是三维计算机辅助工艺规划（Computer Aided Process Planning, CAPP）技术的缺失。

工艺是连接设计与制造的“桥梁”，而目前的CAPP系统还停留在二维应用的阶段，不能满足MBD全三维环境的需求，因此三维CAPP技术逐渐成为近几年学者们研究的热点。

Sivakumar等[2]研究了三维数模在CAD/CAM/CAI集成中的应用，提出对零件特征分解，利用STEP文件实现信息传递，并通过实例进行了验证，在技术上保证了工艺过程设计阶段用MBD模型作为工艺信息载体的可行性。

种 以三 维 Ｃ ＡＤ 软 件 Ｐ ｏ Ｅ 为 辅 助 平 台 的 Ｃ Ｐ 系 ｒ／ ＡＰ
警库 型
５ 蕃） ５ ｉ） 鏊 ｉ 资层 ； ｛ ｝ ５ 源
图 １ 基 于 三 维 工 艺 设 计 的 系 统 模 型 结 构
统 ， 三维模 型 中提取 工艺 决策 所需 要 的零件信 息 ， 从 作
图 ４ 基 于 三 维 工 艺 设 计 系 统 的各 功 能 模 块
３ 基 于 三 维 工 艺 设 计 系 统 的 关 键 技 术
辑 与管理 、 艺 设 计 方 案 的制 定 、 艺 物 料 的 合 理 划 工 工
分、 毛坯 的准备 、 零部 件 流 转 路线 和加 工 路线 的排 程 、 制造 Ｂ ０Ｍ 的设 计 、 艺流 程 设 计 等 。采 用 智 能 式 工 工 艺 路线设计 ， 户输 入零 件 的基 本信 息 （ 本 尺 寸 、 用 基 结 构 特 征等 ） 并选 择加 工方法 后 ， 通过基 于三维 模 型的专 家 系统 的知识 推理得 出工 艺路 线［ 。 ５ ］
的工艺 规划 ， 确定 零件 的加 工顺 序 、 用 的加工 方法 以 采
国防 “ 十一 五 “ 研 项 目 （ ２ ００ ０ ０ ） 预 ６ ４ １ ４２ ４ 收 稿 日期 ：２ １・ ２ ２ ；修 回 日期 ：２ １— １０ ０ １１ — ６ ０ ２ ０ —６
系统 首先 从 三 维 Ｃ ＡＤ 软件 中 提 取 零 件 信 息 ， 结 合用 户在 信息 描述 过 程 中所 补 充 的工 艺 信 息 ， 用 工 应
第 ３期 （ 第 １ ２ ） 总 ７期 ２１ ０ ２年 ６月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴ１ ０Ｎ

第七章 CAPP系统 CAPP系统
Computer Aided Process Planning 计算机辅助工艺过程设计
CAPP是连接CAD与CAM之间的纽带 CAPP是连接CAD与CAM之间的纽带 是连接CAD
CAD
设计信息
CAPP
制造信息 CAM
CAPP的发展 CAPP的发展
手工编制工艺文件 人工处理工艺过程 之前
7.5.3 集成环境下 集成环境下CAPP的特点 的特点
• CIMS环境下的 环境下的CAPP应具有创成能力，至少是 应具有创成能力， 环境下的 应具有创成能力 创成和变异综合的系统。 创成和变异综合的系统。从动态和优化设计考 系统应是创成的， 虑，CAPP系统应是创成的，但考虑到企业在 系统应是创成的 较长时间内还存在相当数量的相似零件加工， 较长时间内还存在相当数量的相似零件加工， 变异式CAPP系统还有其存在的合理性。 系统还有其存在的合理性。 变异式 系统还有其存在的合理性 • CIMS环境下的 环境下的CAPP应是一个具有开放性的系 环境下的 应是一个具有开放性的系 不同工厂的制造环境往往是不一样的， 统。不同工厂的制造环境往往是不一样的，工 艺习惯也有所差别，即使在同一工厂内， 艺习惯也有所差别，即使在同一工厂内，也会 由于加工对象的不同和工艺性质的不同而导致 工艺设计的内容不一样，这就要求CAPP系统 工艺设计的内容不一样，这就要求 系统 必须具有开放性， 必须具有开放性，具有一个比较通用的框架结 且便于扩充，以满足CIMS环境下不同产 构，且便于扩充，以满足 环境下不同产 不同场合对CAPP系统的不同要求。 系统的不同要求。 品、不同场合对 系统的不同要求
7.6 CAPP的发展现状和趋势 CAPP的发展现状和趋势
• 7.6.1 CAPP的发展历史 （现状） 的发展历史 现状） • 7.6.2 CAPP发展趋势 发展趋势 • 7.6.3 CAPP发展重点 发展重点

Pi-3DCAPP系统发布近日，上海湃睿科技发布旗下自主品牌三维工艺CAPP系统，即Pi-3D CAPP，它是基于CREO平台在三维环境下进行设计的工艺研发软件，与设计环节的无缝衔接，保证了产品从最初的设计状态到最终产品状态的全程受控管理。

该系统涵盖了机加工的毛坯到成品，钣金的板材下料到折弯成型，装配的零部件到整机，以及过程中需要用到的资源，需要花费的成本等，最终实现MBD的数据库。

通过部署PI-3D CAPP系统，打通了设计、工艺、制造的三维数据链，解决了传统的设计、工艺与制造中存在的信息孤岛问题，提高设计质量、缩短研制周期、降低开发成本，提升企业的研发管理能力。

Pi-3D CAPP功能如下：工艺模型构建•设计环境：嵌入在Creo内，在设计坏境中完成工艺设计；•设计数据：在设计数据上封装一层，继承而不改变设计模型；•统一在三维设计环境中完成工艺设计，零缺陷接收设计模型；•Creo软件的强大功能对工艺模型构建具有更好的可操作性。

工艺规程设计•自定义产品的工艺规程树结构，按层次关系结构化组织工艺规程信息；•工艺过程卡和工序卡可以在软件中清晰直观的表现出来，方便修改和操作；•简单易操作的规程定制，使零部件构成更为清晰直观，可方便添加工步、工序等详细信息，使规程设计更为清晰完善。

工艺特征重建•零件工艺：采用特征重建技术；使用参考模型，从毛坯到成品，模型有余量；不同工序显示当前工序的状态，不同工序发布对应的可视化模型。

整个工艺过程只有一个模型，无需建立多个模型；•设计过程：工序、工步一个模型，减少工作量，保证数据统；•发布后：按工序、工步拆分，保证信息的准确性；•单一设计模型，多发布结果模型，提示设计效率。

工艺资源添加•工艺节点包含工艺资源信息，包括工序工步信息，包含工时信息；•装配工艺可以添加原材料、加工中心、工装和刀具等模型；•带模型的资源作为元件装配，可分配到各工艺节点，并可用于仿真。

工艺信息标注•无缝集成湃睿工艺信息标注软件。

Pro/ENGINEER环境下的三维CAPP系统研究与开发的开题报告一、选题背景和意义传统的零件加工是依靠技术人员根据技术要求和加工经验手动编写加工程序，这种方式存在以下问题：一是加工周期长，人工作业容易出错；二是加工质量与效率难以控制；三是在多机种、小批量生产中，难以有效规划资源，成本较高。

为了解决这些问题，数字化技术逐渐得到应用，并引出了SFC（制造设备控制系统）和CAPP（计算机辅助加工工艺规划）等技术。

其中，CAPP是基于CAD数据的NC程序生成，通过计算机辅助优化工艺流程，自动生成加工程序，以提高生产效率，降低成本。

然而，CAPP系统研究与开发一直是数字化制造领域中的一个热门话题，当前国内外已经有不少研究。

此次研究希望基于PRO/ENGINEER环境下的三维CAPP系统，加深数字化制造理念在实践中的应用，拓展了数字化制造技术的应用范围，提高制造业的竞争力。

二、研究内容（1）研究目标本次研究旨在开发一套三维CAPP系统，实现根据CAD模型自动生成工艺流程与NC程序的功能，可以在PRO/ENGINEER环境下进行应用。

（2）研究内容通过对先进数字化制造技术的深入研究，加强对自动化工艺规划的学习，掌握三维CAPP系统的建立原理以及规划过程。

具体研究内容包括以下几个方面：1. 学习PRO/ENGINEER基础知识2. 利用PRO/ENGINEER对目标零件建立三维CAD模型3. 分析零件几何特征，确定加工工序4. 建立加工工序与NC程序的自动化映射模型5. 验证所得自动生成的NC程序三、研究方法（1）理论研究针对CAPP工艺自动化规划方法的研究、PRO/ENGINEER基础知识的学习，进行理论分析和整理。

（2）实验研究使用PRO/ENGINEER工具，建立所需零件三维CAD模型，通过加工工艺分析、径向取向切削等三种加工方式生成NC程序，然后验证所生成的NC程式的有效性。

四、预期目标与意义预期目标主要体现在以下几个方面：1. 建立原则合理、性能稳定、操作简便的三维CAPP系统，实现自动化工艺规划与NC程序生成。

PDM3D－CAPP系统研究与实践(doc 13页)基于PDM的3D－CAPP系统研究与实践基于ＰＤＭ的３Ｄ－ＣＡＰＰ系统从３Ｄ产品模型入手，以工艺技术为核心，以三维ＵＧ／ＣＡＤ、ＵＧ／ＣＡＭ系统和ＭＰＰ为工具，以ＰＤＭ为集成平台，实现产品全过程的信息集成。

通过它，企业在以产品结构树（ＢＯＭ）为核心的数据管理平台上，开展产品设计、工艺优化、数控编程、机床资源管理、现场管理及生产准备管理，建立起设计／制造一体化的快速、柔性的生产体系。

一、ＣＡＰＰ技术与制造业ＣＡＰＰ技术作为制造业信息化的重要组成部分，是产品制造信息的集成地，也是先进制造系统的重要支撑技术之一。

ＣＡＰＰ系统作为产品设计／制造一体化的桥梁，是ＣＡＤ／ＣＡＭ系统与ＰＤＭ、ＭＲＰ、ＥＲＰ等其他企业管理软件实现集成的关键，是企业管理信息化的基础。

近年来，随着计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）、并行工程（ＣＥ）、智能制造系统（ＩＭＳ）、虚拟制造系统（ＶＭＳ）、敏捷制造（ＡＭ）等先进制造系统的发展，对ＣＡＰＰ技术从应用的广度与深度上，都提出了更高、更新的要求。

在国外，经过十多年的努力，特别是以美国、法国为代表的西方制造厂商，如Ｂｏｅｉｎｇ、Ｌｏｃｋｈｅａｄ、Ａｉｒｂｕｓ等著名公司在工艺与过程管理集成及优化方面，开发和集成了大量的ＣＡ作时间用来查找数据；数据信息查询难、利用难。

表现为：彼此没有联系、本地存放、很难找到、数据过期、版本不统一、由不同的应用软件生成等等。

在ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＰＤＭ之间需要一个完整的解决方案来实现有效的衔接，工艺设计必须为这种有效的衔接架起一座畅通的桥梁，如图１所示。

随着企业对信息化的要求不断升级，对ＣＡＰＰ系统也提出了更高的要求。

一方面要求ＣＡＰＰ系统为生产工艺信息流提供更多支持，完善ＣＡＰＰ知识库框架和内容以及构建专家系统，完善工艺决策、企业工艺生产信息交互功能；另一方面要求ＣＡＰＰ系统要与ＣＡＤ／ＣＡＭ有共同设计平台和统一的ＰＤＭ管理平台。

CAPP系统的工作模式●CAPP系统的工作原理到目前为止，国内外发表的CAPP系统分两大类，其工作原理为派生法（检索法）和创成法。

⑴派生法：根据成组技术将工件分类，按类编制标准工艺文件存储于数据库，然后，对按待加工零件的类别检索工艺。

⑵创成法：计算机根据知识库存储的知识，对待加工零件进行分析，通过推理、决策，确定加工工艺。

●CAPP系统应具有的基本功能⑴检索标准工艺文件⑵选择加工方法⑶安排工艺路线⑷选择机床、刀具、夹具、量具⑸选择切削用量⑹计算切削参数、加工时间、加工费用⑺确定工序尺寸和公差、选择毛坯⑻绘制工序图⑼给出刀具运动轨迹，自动进行NC编程⑽加工过程模拟●CAPP的结构组成CAPP的结构与开发环境、产品对象、规模大小有关。

基本模块为：⑴零件信息获取模块获取零件信息的方法有两种：人机交互输入、从CAD系统直接获取。

(2) 控制模块相当于管理模块，用于协调各模块的运行，实现人机交互。

(3) 工序决策模块按预先规定的决策逻辑调用相关的知识和数据，进行比较、推理和决策，生成零件加工工艺规程。

（4）工艺数据库/知识库包含了工艺设计所要求的工艺知识和规则。

（5）人机交互界面（6）工艺文件管理/输出模块完成各种输出功能如工艺卡、工序、工步卡，工序图，各类文挡等。

●CAPP的工作过程零件信息描述的基本方法：零件分类编码描述法：基于成组技术原理，采用编码系统特点：简单易行，适用于检索式与派生式CAPP 系统。

缺点：对零件信息的描述过粗，对零件的具体形状、尺寸、精度描述不是十分清楚。

形状特征描述法：将组成零件的各个特征按一定顺序逐个地输入到计算机中去。

特点：特征与加工方法对应，方便加工方法确定；包含了尺寸、公差、粗糙度以及热处理。

缺点：这种方法比较繁琐、费时。

语言描述法：用计算机能够识别的语言对零件信息进行描述。

缺点：描述过程繁琐。

知识表示描述法：用人工智能中的知识表示方法来描述零件信息甚至整个产品的信息。

华天软件CAPP产品介绍作者：来源：《CAD/CAM与制造业信息化》2013年第05期一、产品特色华天软件三维CAPP产品基于华天软件PLM 平台Infocenter和三维CAD/CAM平台SINOVATION两大自主技术平台，定位为产品生命周期解决方案（PLM）中覆盖工艺制造环节的管理平台，产品具有以下特色。

（1）数据三维可视化：实现工艺设计模式从2D到3D的转变，支持工艺制造工程全过程三维化，自主的内嵌式三维浏览器Sview支持产品、资源乃至工艺数据的三维可视化浏览与下发传递。

（2）协同制造过程：实现与设计与生产的无缝集成，提供同步工程、MES无缝集成等功能，此外可视化地支持基于三维模型的研发数据传递，充分发挥工艺平台作为企业数字化制造的中枢作用。

（3）专业辅助工具：基于SINOVATION平台提供面向装配、机加工、铸造、冲压和机器人等生产技术准备过程的数字化规划、设计仿真和验证分析工具。

（4）数据管理模式：通过PPPR工艺规划模型，实现制造过程数据结构化管理，形成工艺制造过程唯一数据源，解决传统卡片解决方案的数据冗余问题，同时结构化的管理更利用制造工艺过程知识和经验的积累和再利用。

（5）产品范围：从以工艺为核心扩展到生产技术准备全过程的数据、过程、资源及知识管理，提供包括工厂布局规划、物流管理和标准时间等功能。

（6）功能应用：结构化的数据管理方式和可定制扩展的业务数据组织模型，为企业业务深化应用以及功能上的不断扩展提供了可能，如基于流程图的工艺规划、流水线平衡和工艺过程优化分析等功能的应用。

二、产品功能1.设计集成基于核心数据转换技术，实现上游三维设计数据的无缝转换；支持三维文件轻量化，提升三维应用范围；设计集成全程管控，三维数模PMI信息接收技术支持上游设计数据的准确、可控和及时传递。

2.工艺BOM调整支持三维可视化环境下PBOM结构调整，生成工艺视图下的产品结构，并通过与EBOM 的关联，支持PBOM中零组件访问和浏览三维数模。

三维CAPP在装配行业的深化应用的开题报告一、课题背景随着现代工业的快速发展，装配行业对于装配过程的高效性和精度要求越来越高。

传统的二维CAPP系统已经无法满足企业对于装配工艺的需求，三维CAPP系统因其能够将装配工艺模拟成三维模型，并且将装配过程中的各个因素纳入考虑，可以更加全面、准确地分析装配过程中的问题，优化装配工艺，提高装配效率和质量。

因此，三维CAPP在装配行业的深化应用非常有必要。

二、研究内容本文将重点研究三维CAPP在装配行业的深化应用，包括以下几个方面：1. 研究基于三维模型的装配工艺优化方法：将三维模型中的组件进行装配，考虑到组件的尺寸、形状、坐标等因素，对装配顺序、装配位置、装配工具和方法等进行分析和优化，提高装配效率和质量。

2. 研究基于三维模型的装配过程仿真方法：将装配过程模拟成三维模型，并且考虑到装配过程中可能出现的干涉、碰撞、并发、失配等问题，通过仿真来分析问题产生的原因，判断出解决问题的最佳方法。

3. 研究三维CAPP在装配工艺设计中的应用：基于三维CAPP系统实现装配工艺设计，包括装配过程中的材料、工具等的选择，装配过程中各个操作的时间控制，以及解决装配过程中可能出现的问题等。

三、研究方法本次研究将采用以下研究方法：1. 文献调研法：查找相关文献和报道，了解三维CAPP在装配行业的发展现状和应用情况，为自身的研究提供理论支持。

2. 实验法：开展实验，基于三维模型进行装配工艺优化和装配过程仿真，验证三维CAPP在装配行业的应用效果。

3. 应用案例分析法：以具体的装配工艺为例，分析其中可能存在的问题，并且采用三维CAPP系统进行优化，展示三维CAPP在装配工艺设计中的应用。

四、预期成果通过本次研究，预期可以达到如下成果：1. 分析研究三维CAPP在装配行业的应用现状和发展趋势，明确其在装配行业中的价值和意义。

2. 基于三维模型进行装配工艺优化和装配过程仿真，实现装配效率和质量的提高。

三维装配CAPP产品和技术研究
三维装配CAPP的实现，在于对设计及其实际实现的完美连接，这是实现机器自动装配的关键。

在设计时，设计者应该分析准备材料，确定零件的尺寸，然后使用CAD/CAM技术制定零件的装配工艺。

此外，使用装配CAPP还可以模拟装配过程，以确保零件之间的准确性和精确性。

在装配过程中，使用具有高精度测量功能的机器人可以检测零件的尺寸信息，并且可以自动定位，将零件带到指定的位置进行组装。

机械装配过程中可以使用不同的机器人，以及不同的工具，如电钻、电锤、电火花机等，以实现精确的装配。

在装配完成后，机器人还可以检查装配结果，确保零件之间的对应关系是正确的。

最后，三维装配CAPP可以根据需要调整装配工艺，减少生产时间，使生产效率更高，简化装配过程并降低生产成本。

此外，它还可以帮助实现高精度装配，从而提高产品的质量，还可以提高工作效率。